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传统厌氧反应器在冲击负荷下生物体易流失,开发一种既能在系统内保持较高生物量,又能满足高效稳定运行要求的厌氧反应器,提供新的技术思路和理论依据是相当必要的。本课题以基于悬浮填料的降流式厌氧生物膜反应器为研究对象,以蔗糖配置的高浓度有机废水为试验用水,考察厌氧反应器在不同启动条件下的处理效能,考察水力停留时间(HRT)、污水回流比、进水碱度、温度对反应器运行效果的影响,并对反应器内的菌群群落进行了分析。研究发现,在接近推流式的流态下,反应器对高浓度有机废水具有良好的处理效能,并表现出了较好的耐冲击负荷能力,相比传统厌氧工艺启动和运行管理更加简便,厌氧条件下填料表面形成的生物膜的菌群结构呈现明显的空间演替规律以适应不同的底物及环境因子。试验发现好氧预挂膜能够快速有效地在填料表面形成微生物群落,为后续厌氧菌群的附着生长提供改良的填料表面,采用好氧预挂膜+厌氧挂膜的方法能够加快填料挂膜速度。采用低负荷启动方式启动降流式厌氧生物膜反应器,初始容积负荷0.8kg COD/(m3·d),最终容积负荷可达9.66kg COD/(m3·d),HRT仅需8h,平均出水COD浓度566.05mg/L,COD去除率稳定在80%~85%之间。反应器的二次启动采用高负荷启动方式,初始容积负荷4.49kg COD/(m3·d),容积负荷可在2周之内恢复至8.99kg COD/(m3·d)以上并实现反应器的稳态运行。研究期间反应器表现出了良好的抗冲击负荷能力,最佳运行参数为:进水COD浓度在3000mg/L左右,系统温度30℃,HRT为8h,污水回流比R=1:1,进水总碱度20mmol//L。在该运行条件下,出水COD平均去除率89.73%,平均COD去除负荷率可达8.10kg COD/(m3·d),出水平均p H值6.985,平均总碱度20.475mmol/L,平均碳酸氢钠碱度8.352mmol/L,平均VFA浓度5.049mmol/L,反应器的平均甲烷产率可达0.24LCH4/kg COD。稳定运行期反应器内不同位置的填料在形态外观上有所区别,且填料挂膜量由上往下逐步增加。对不同位置填料表面生物膜的微观结构观察和菌群结构分析后发现,上层填料表面微生物群落较少,分布较零散,但种群多样性较高,下层填料表面生物膜生长状况明显优于上层填料,且群落数量和层次更加丰富。进一步研究发现,相比接种污泥,厌氧生物膜中嗜温的甲烷丝菌属(Methanothrix)和甲烷螺菌属(Methanospirillum)成为优势古菌,丰度分别由20.37%和5.27%提高至58.43%和33.64%,两者相互协调利用底物,共同完成产甲烷过程。相比顶部填料,底部填料生物膜中乙酸营养型产甲烷菌丰度有所减少,氢营养型的菌群丰度有所增加,顶部填料中二者丰度分别为63.28%和32.20%,底部填料中二者丰度变化至58.43%和36.63%。